JP5249801B2 - 無線通信システムの通信制御方法、そのプログラム、及び無線通信機器制御装置 - Google Patents
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Description
電子タグの中でも、特にパッシブ型電子タグを用いた無線通信システムにおいては、パッシブ型電子タグと無線通信し、これらを制御する役割をもつ無線通信機器であるリーダ・ライタからの搬送波を起電力としてパッシブ型電子タグが駆動するため、リーダ・ライタの搬送波と比較してパッシブ型電子タグの応答は、非常に微弱なものとなる。また、一般的に、電子タグは周波数選択フィルタを持たないか、或いは、周波数選択フィルタの特性がリーダ・ライタのそれと比較して良くないため、電子タグを有する無線通信システムにおいては、他チャネルからのわずかな漏洩電力が、通信品質を低下させる要因となる。
図1は、本発明の第1実施形態に係る無線通信システムの構成図である。
図1において、本実施形態における無線通信システムは、無線通信機器制御装置1に、信号線2を介して、基地局11、基地局12が接続された構成となっており、無線端末21、無線端末22と基地局11とが無線通信を行うとともに、無線端末23、無線端末24と基地局12とが無線通信を行う構成である。
なお、本実施形態における基地局11、12及び無線端末21、22、23、24は、全て、無線通信機能を有し、かつ、受信強度を計測して、これを他の通信機器に送信できるものとする。また、各基地局11、12、及び無線端末21、22、23、24は、それぞれ、周波数選択フィルタを持つものとする。
そして、前記したように、基地局11は、無線端末21及び無線端末22と無線通信を行い、基地局12は、無線端末23及び無線端末24と無線通信を行う。
図2に示すように、無線通信機器制御装置1は、無線通信機器制御部101、経路損失算出部102、干渉電力算出部103、通信IF(インタフェース)104、許容干渉電力管理テーブル105、無線使用状況管理テーブル106、経路損失管理テーブル107、及びスプリアス特性管理テーブル108を備え構成されている。
なお、図2では、本実施形態に関連する部分のみ示し、直接関連しない部分、例えば、無線通信機器制御装置1を制御するための入出力IF等は省略している。
経路損失管理テーブル107は、2つの無線通信機器間における経路損失のレベルを格納するテーブルである。スプリアス特性管理テーブル108は、各基地局11、12及び各無線端末21、22、23、24におけるスプリアス特性に関するデータを格納している。
無線通信機器制御装置1は、演算装置のCPU91と、メモリなどからなる主記憶装置92と、ハードディスクなどからなる補助記憶装置96とを備えている。
補助記憶装置96には、許容干渉電力管理テーブル105、無線使用状況管理テーブル106、経路損失管理テーブル107、スプリアス特性管理テーブル108、および、無線通信機器制御部101、経路損失算出部102、干渉電力算出部103等を実現するプログラム93が格納されている。
通信IF104は、基地局11、12等との通信を行うためのインタフェースである。
無線通信機器制御装置1は、本発明の無線通信制御方法を実行する機能を実現すべく、CPU91により、補助記憶装置96に格納されたプログラム93を主記憶装置92にロードし、実行する。これにより、無線通信機器制御部101、経路損失算出部102、干渉電力算出部103が具現化される。
図4は、図2に示す無線通信システムにおける無線通信機器制御装置1が、干渉を低減して無線通信を行うための処理手順を示すフローチャートである。なお、図4のフローチャートの例では、図1に示す無線通信機器制御装置1が基地局11と無線端末21を無線通信させる場合について説明する。
通信可能な通信条件が1つもない場合は(ステップS205でNo)、基地局11を制御して、各チャネルにおける受信電力レベルを基地局11に計測させ、基地局11の受信電力レベルを取得する(ステップS212)。そして、取得した受信電力レベルに基づいて各チャネルごとに経路損失を計算し、各無線通信機器ごとに経路損失管理テーブル107を更新する(ステップS213)。
一方、基地局11と無線端末21との間で通信開始に成功した場合は(ステップS207でYes)、無線通信機器制御部101は、基地局11から取得した通信条件に基づいて無線使用状況管理テーブル106を更新する(ステップ208)。
まず、無線通信機器制御装置1の無線通信機器制御部101は、基地局11に通信開始を指示する前に、現在のチャネルの使用状況を確認する。
図6は、図2に示す無線通信機器制御装置1における無線使用状況管理テーブル106のデータ構造例を示す図である。図6の例では、基地局12と無線端末23の無線使用状況が示されている。
なお、本実施形態においては、干渉電力には無線通信機器以外による微弱なノイズも含むものとする。また、搬送波受信電力、干渉電力、及び搬送波電力の単位はdBm(デシベルミリ)とし、経路損失及びCIRの単位はdBとする。なお、電力の単位のdBm(デシベルミリ)は、mW(ミリワット)を示すことになる。
なお、(1)式は、対数計算なので、除算が減算となっている。
ここで、搬送波受信電力は式(2)に基づいて計算され、干渉電力は式(3)に基づいて計算される。
搬送波受信電力=搬送波送信電力−経路損失 (2)
干渉電力=干渉源(他無線機器の)送信電力−経路損失 (3)
経路損失管理テーブル107の各行は、送信側の無線通信機器を表わし、各列は受信側の無線通信機器を表わす。なお、一般的に経路損失は、送信側と受信側を入れ替えてもほぼ同じ値となる。例えば、図7に示すように、基地局11から無線端末21への経路損失と、無線端末21から基地局11への経路損失は、何れも同じ46dBである。
なお、図8は、無線通信機器制御装置1におけるスプリアス特性管理テーブル108のデータ構成例を示す図である。
無線通信機器制御部101は、各チャネルごとのCIR(受動CIR及び能動CIR)を干渉電力算出部103より取得する。また、無線通信機器制御部101は、搬送波電力対許容干渉電力の比を示す許容CIRを図9に示す許容干渉電力管理テーブル105より取得する。
使用チャネルにおいて算出したCIR(受動CIR及び能動CIR)が許容CIRより小さい(CIR<許容CIR)場合は(ステップS302でNo)、無線通信機器間の干渉のレベルが大きく干渉問題ありと判定する(ステップS306)。
一方、使用チャネルごとに取得したCIR(受動CIR及び能動CIR)が許容CIRより以上(CIR≧許容CIR)の場合は(ステップS302でYes)、干渉のレベルが低く、基地局11と無線端末21の無線通信に問題なしと判定して、他の通信中の基地局及び無線端末のCIR(受動CIR及び能動CIR)を算出する(ステップS303)。
前記したステップS302で、CIR≧許容CIRの場合は(ステップS302でYes)、無線通信機器制御装置101は、設定された通信条件の元で、基地局11と無線端末21が他無線通信機器に与える影響を評価する。そのために、干渉電力算出部103は、無線使用状況管理テーブル106(図6参照)から無線通信している全ての無線通信機器の情報と、これらの無線通信機器の通信条件に関する情報を取得する。次に、干渉電力算出部103は、これらの無線通信機器に関して、基地局11が送信した場合と無線端末21が送信した場合について、CIR(受動CIR及び能動CIR)を算出する。
以上の処理が、図4のステップS203における基地局と無線端末との間の干渉評価の詳細な内容である。
経路損失=送信電力−受信電力 (4)
受信電力=送信電力−経路損失 (5)
無線通信機器制御部101が、通信IF104を通じて、通信失敗レスポンスを取得した場合、無線通信機器制御装置101は、基地局11が計測した各チャネルの受信電力を取得すると共に(ステップS212)、経路損失算出部102によって算出された経路損失に基づいて、各無線通信機器ごとに図7の経路損失管理テーブル107を更新する(ステップS213)。
無線通信機器制御部101が通信成功レスポンスを取得した場合、基地局11と無線端末21が無線通信開始したため、無線通信機器制御部101は、基地局11から取得した通信条件に基づいて、図6の無線使用状況管理テーブル106を更新する(ステップS208)。なお、無線使用状況管理テーブル106の通信終了予定時刻については、基地局11と無線端末21との間の通信データ量に基づいて予測し、この予測値を格納する。
次に、本発明の第2実施形態における無線通信システムについて、図10乃至図14を参照して詳細に説明する。図10は、本発明の第2実施形態に係る無線通信システムの構成図である。
本実施形態における無線通信システムは、図1における無線端末をパッシブ型電子タグ(以下、電子タグという)に置き換えたものである。よって、基地局は、一般的にリーダ・ライタと呼ばれる無線通信機器が対応するものであるが、以下の説明においては、リーダ・ライタを引き続き基地局と称することにする。
なお、基本的な処理手順は、前記の第1実施形態と同様であるので、第2実施形態では異なる構成についてのみ説明する。
電子タグ51〜60からの送信電力が微弱なため、図11に示すように、無線使用状況管理テーブル106は、基地局41、42に関するレコードのみ記録されている。
また、同様の理由で、図12に示す経路損失管理テーブル107は、電子タグ51〜60間の干渉は極めて微弱なため無視できるものとする(図12中、−で表示)。また、詳細は後記するが、基地局41、42から電子タグ51〜60への経路損失と電子タグ51〜60から基地局41、42への経路損失は同値である。
図13に示すように、許容干渉電力管理テーブル105については、電子タグ51〜60については全て共有とする。なお、電子タグ51〜60の製品仕様が異なる場合は、その仕様が異なる電子タグごとに、許容CIRに関するレコードを格納する。
なお、図14に示すように、スプリアス特性管理テーブル108については、電子タグの通信が微弱なため、基地局41、42に関するスプリアス特性に関するレコードのみを格納する。
経路損失=(送信電力−電子タグの応答受信電力−電子タグの反射電力)/2 (6)
なお、第2実施形態においては、基地局をリーダ・ライタとして説明したが、基地局がリーダの場合も適用可能であることは勿論である。
本実施形態に係る無線通信システムの無通信線制御方法は、複数の無線通信機器を備える無線通信システムにおいて、無線通信を開始する前に、自身が無線通信に問題ない空きチャネルを使用した場合における無線通信中の他無線通信機器の通信品質に与える影響を評価し、該評価結果を元に自他無線通信機器の無線通信に支障のない空きチャネルを選択することができる。
本実施形態によれば、複数の無線通信機器からなる無線通信システムにおいて、他無線通信機器の通信品質の低下をもたらすことなく、無線通信を開始することができ、これにより、良好な通信品質を維持しながら無線通信の効率を高めることができる。
特に、パッシブ型電子タグを用いた無線通信システムにおいては、パッシブ型電子タグの応答電力が非常に微弱なものであり、また、一般的に電子タグが周波数選択フィルタを持たないため、他チャネルからの送信波によって通信品質が大きく影響を受けるため、他無線通信機器からの送信波により無線通信品質が低下しやすい。
5 無線通信機器制御装置(コンピュータ)
11 基地局(無線通信機器)
12 基地局(無線通信機器)
21〜24 無線端末(無線通信機器)
41 基地局(無線通信機器、リーダ・ライタ)
42 基地局(無線通信機器、リーダ・ライタ)
51〜60 電子タグ(無線通信機器)
93 プログラム
101 無線通信機器制御部
102 経路損失算出部
103 干渉電力算出部
105 許容干渉電力管理テーブル(記憶装置、許容干渉電力管理記憶部、記憶部)
106 無線使用状況管理テーブル(記憶装置、無線使用状況管理記憶部)
107 経路損失管理テーブル(記憶装置、経路損失管理記憶部)
108 スプリアス特性管理テーブル(記憶装置、スプリアス特性管理記憶部)
Claims (5)
- 複数の無線通信機器を備え、前記複数の無線通信機器は、リーダ・ライタと電子タグまたはリーダと電子タグである無線通信システムの通信制御方法であって、
前記複数の無線通信機器間で許容される許容干渉電力に基づいて、搬送波電力対許容干渉電力の比を示す許容CIRを許容干渉電力管理テーブルに登録する第1のステップと、
2つ以上の前記無線通信機器が互いに無線通信を開始する前に、無線通信する際の送信電力、通信速度、通信チャネルのうち、少なくとも1つを含む通信条件を設定する第2のステップと、
前記第2のステップで設定された通信条件に基づいて、前記無線通信を開始する自無線通信機器が無線通信中の他無線通信機器から受ける受動干渉電力の最大値を求め、搬送波電力対該受動干渉電力の最大値の比を示す受動CIRを前記無線通信中の他無線通信機器毎に算出する第3のステップと、
前記第3のステップで求められた前記受動CIRが、前記許容CIR以上であるか否かを評価する第4のステップと、
前記第2のステップで設定した通信条件に基づいて、前記自無線通信機器が無線通信中の他無線通信機器に与える能動干渉電力の最大値を求め、該無線通信中の他無線通信機器における搬送波電力対該能動干渉電力の最大値の比を示す能動CIRを前記無線通信中の他無線通信機器毎に算出する第5のステップと、
前記第5のステップで求められた前記能動CIRが、前記許容CIR以上であるか否かを評価する第6のステップと、
前記第4のステップで前記許容CIR以上であると評価された前記受動CIRと、前記第6のステップで前記許容CIR以上であると評価された前記能動CIRとに基づいて、前記第2のステップで設定した通信条件で、前記複数の無線通信機器が無線通信を開始する第7のステップとを
含み、
前記第3のステップにおいて、
無線通信中の前記無線通信機器又は該無線通信機器を制御する無線通信機器制御装置が、各無線通信機器間での経路損失の情報と、各無線通信機器のスプリアス特性に関する情報と、前記無線通信中の各無線通信機器及びその無線通信機器が使用している通信条件に関する情報とを、前記無線通信機器又は前記無線通信機器制御装置内のテーブルの経路損失管理テーブル、スプリアス特性管理テーブル、および無線使用状況管理テーブルに記録し、前記テーブルに記録された各情報から前記搬送波電力と前記受動干渉電力の最大値を求め、前記受動CIRを算出し、
前記第5のステップにおいて、
無線通信中の前記無線通信機器又は該無線通信機器を制御する無線通信機器制御装置が、各無線通信機器間での経路損失の情報と、各無線通信機器のスプリアス特性に関する情報と、前記無線通信中の各無線通信機器及びその無線通信機器が使用している通信条件に関する情報とを、前記無線通信機器又は前記無線通信機器制御装置内のテーブルに記録し、前記テーブルに記録された各情報から前記搬送波電力と前記能動干渉電力を求め、前記能動CIRを算出し、
前記第4のステップにおいて、算出された前記受動CIRが前記許容CIR未満であると評価された場合、
または、
前記第6のステップにおいて、算出された前記能動CIRが前記許容CIR未満であると評価された場合、
前記第2のステップにおいて、前記設定された通信条件を他の前記通信条件に変更し設定する
ことを特徴とする通信制御方法。 - 請求項1に記載の無線通信システムの通信制御方法を、コンピュータに実行させるプログラム。
- 無線通信機器を、請求項1に記載の無線通信システムの通信制御方法によって機能させるためのコンピュータに実行させるプログラム。
- 無線通信機器制御装置を、請求項1に記載の無線通信システムの通信制御方法によって機能させるためのコンピュータに実行させるプログラム。
- 無線通信システムを構成する複数の無線通信機器の通信制御を行い、前記複数の無線通信機器はリーダ・ライタと電子タグまたはリーダと電子タグである無線通信機器制御装置であって、
前記複数の無線通信機器の間における無線通信品質に関する情報を格納する許容干渉電力管理テーブルと、
前記複数の無線通信機器の間で、どのような通信条件によって無線通信が行われているかを示す最新の通信情報を格納する無線使用状況管理テーブルと、
2つの無線通信機器間における経路損失のレベルを格納する経路損失管理テーブルと、
前記複数の無線通信機器におけるスプリアス特性に関する情報を格納するスプリアス特性管理テーブルと、
前記無線使用状況管理テーブルから取得した無線使用状況、前記経路損失管理テーブルから取得した経路損失のレベル、及び前記スプリアス特性管理テーブルから取得したスプリアス特性の情報に基づいて、他の無線通信機器と無線通信を試みる際に、所定の通信条件において、無線通信中の他の無線通信機器から受ける受動干渉電力の最大値及び搬送波電力対該受動干渉電力の最大値の比を示す受動CIRと、無線通信中の他の無線通信機器に与える能動干渉電力の最大値および搬送波電力対該能動干渉電力の最大値の比を示す能動CIRとを前記無線通信中の他無線通信機器毎に算出する干渉電力算出部と、
最新時刻における前記複数の無線通信機器の受信電力に関する情報と、前記無線使用状況管理テーブルから取得した無線使用状況とを参照し、随時、各無線通信機器間に関する経路損失を計算し、前記経路損失管理テーブルを更新する経路損失算出部と、
前記受動CIRと前記能動CIRがそれぞれ前記無線通信機器に許容される許容CIR以上であるときに、所定の通信条件において、前記無線通信機器に無線通信を開始させる無線通信機器制御部とを
備え、
無線通信中の前記無線通信機器又は該無線通信機器を制御する無線通信機器制御装置が、各無線通信機器間での経路損失の情報と、各無線通信機器のスプリアス特性に関する情報と、前記無線通信中の各無線通信機器及びその無線通信機器が使用している通信条件に関する情報とを、前記無線通信機器又は前記無線通信機器制御装置内の前記経路損失管理テーブル、前記スプリアス特性管理テーブル、および前記無線使用状況管理テーブルに格納し、
前記干渉電力算出部は、
前記経路損失管理テーブル、前記スプリアス特性管理テーブル、および前記無線使用状況管理テーブルに記録された各情報から、
搬送波電力と前記受動干渉電力の最大値を求め、前記受動CIRを算出するとともに、搬送波電力と前記能動干渉電力の最大値を求め、前記能動CIRを算出し、
前記無線通信機器制御部は、
算出された前記受動CIRが前記許容CIR未満であると評価された場合、または、算出された前記能動CIRが前記許容CIR未満であると評価された場合、前記所定の通信条件を他の前記通信条件に変更する
ことを特徴とする無線通信機器制御装置。
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